книги / Термические методы исследования отходов книга

496,2 °С), что можно объяснить процессами окисления органической части отходов.

Винтервале Т = 680…800 °С эндотермических пиков не наблюдается, что свидетельствует о низкой степени минерализации отходов. Этот факт также подтверждается высокой общей потерей массы образцов.

На рис. 3.10 представлена термограмма разложения в среде воздуха отходов сроком захоронения более 30 лет.

Для образцов отходов возрастом более 30 лет, отобранных на объекте захоронения ТКО, характерно уменьшение экзотермических эффектов по сравнению с образцами отходов возрастом 2 года, что свидетельствует о снижении содержания органической фракции в отходах и, соответственно, повышении степени их разложения.

Анализ кривой ДСК образца отходов сроком захоронения более 30 лет показывает, что потеря массы сопровождается экзотермическим эффектом с пиковым значением Т = 329,7 °С, что можно объяснить процессами окислительного разложения органической фракции отходов, и эндотермическим эффектом при

Т= 571,9 °С, что можно объяснить разложением неорганических компонентов отходов, минеральных солей (карбонатов кальция и магния, сульфатов алюминия и т.д.).

Винтервале Т = 35…180 °С происходит потеря 2,18 % массы, что связано с удалением влаги, при этом наблюдается несколько эндотермических эффектов, наиболее выражен эффект

при Т = 85,3 °С. Основная потеря массы образца происходит в интервале Т = 200…644 °С и составляет 8,14 %. В интервале Т = 644…800 °С наблюдается небольшая потеря массы (2,12 %), при этом имеет место эндотермический тепловой эффект с пиком 722,7 °С. Общая потеря массы образца 12,44 %.

На рис. 3.11 представлены кривые ДСК в среде воздуха образцов отходов разного срока захоронения.

61

В результате анализа кривых ДСК выявлено смещение пиков начала горения образцов с увеличением возраста захоронения в об-

ласть более высоких температур (305,5; 309,8; 316,9; 321,8; 324,8; 329,7 °С), что может свидетельствовать об увеличении степени разложенияотходов.

Полученные результаты ТГ (рис. 3.12) показали, что потеря массы образцов происходит в несколько этапов. Первый температурный интервал 0–220 °С характеризуется незначительным снижением массы образца (от 1,0 до 11,0 %) вследствие испарения физической и связанной влаги с поверхности образца. При дальнейшем увеличении температуры до 550 °С происходит достаточно быстрое уменьшение массы, обусловленное термическим разложением органических веществ и интенсивным выходом летучих соединений, содержащихся в образце.

При температуре выше 550 °С наблюдается резкое падение скорости потери массы образца и, следовательно, разложение органических веществ заканчивается.

Рис. 3.12. Кривые ТГ в среде воздуха отходов разного срока захоронения

63

Анализ кривых ДСК и ТГ в среде воздуха образцов отходов разного возраста позволил установить следующие закономерности:

1.Процесс термического окислительного разложения образцов отходов сопровождается серией экзотермических эффектов, температура которых зависит от морфологического состава ТКО. Анализ кривых ДСК образцов отходов показал, что для всех образцов отходов характерен экзотермический пик в интервале температур 250–500 °С, в котором происходят основные процессы окисления органической части отходов и наблюдается наибольшая потеря массы образцов.

2.С увеличением длительности захоронения отходов на кривых ДСК наблюдается смещение пиков начала окисления образцов в область более высоких температур, что может свидетельствовать об увеличении степени разложения отходов.

3.Совокупный анализ кривых ТГ и ДСК в среде воздуха показал снижение энтальпий и абсолютной потери массы по мере возрастания возраста отходов и их стабильности. Диаграммы ТГ

иДСК образцов проб отходов по мере увеличения возраста складирования приближаются к термограммам образцов почвы.

Теперь проанализируем результаты исследований, проведенных в инертной среде аргона.

На рис. 3.13, 3.14 представлены термограммы разложения в среде аргона отходов сроком захоронения 2 года и отходов сроком захоронения более 30 лет.

Для образца отходов возрастом 2 года по термограммам установлено, что основная потеря массы образца происходит в интервале температур 172–442 °С, что свидетельствует о разложении органических фракций отходов. В этом интервале температур потеря массы образца составила 24,39 %, в интервале температур 442–800 °С – 9,89 %. Общая потеря массы в этом интервале температур составляет 35,5 %.

64

Потеря массы сопровождается эндотермическими эффектами с пиковыми значениями при температурах 572,0; 693,3 и 761,9 °С, что можно объяснить разложением части неорганических компонентов образца, минеральных солей (карбонатов и т.д.).

Для образца отходов возрастом более 30 лет по термограммам установлено, что в интервале температур 35–158 °С происходит потеря 2,57 % массы, связанная с удалением связанной и свободной влаги, при этом наблюдаются эндотермические эффекты при температуре 98,9 и 132,5 °С. Основная потеря массы образца происходит в интервале температур 158–605 °С и составляет 15,85 %. Анализ кривых ДСК показывает, что потеря массы сопровождается эндотермическими эффектами с пиковыми значениями при температурах 392,8 и 573,4 °С, что можно объяснить процессами пиролиза органической фракции образца. В интервале температур 600–800 °С потеря массы составляет 7,47 % и наблюдается ярко выраженный эндотермический эффект с пиком 733,3 °С. В целом образец термически стабилен и обладает низким эмиссионным потенциалом.

На рис. 3.15 представлены кривые ДСК в среде аргона образцов отходов разного срока захоронения.

Рис. 3.15. Кривые ДСК в среде аргона отходов разного срока захоронения

66

Анализ кривых ДСК в среде аргона отходов разного срока захоронения показал, что для всех образцов отходов характерны четыре интервала термических эффектов (четыре эндотермических пика): 1-й пик в интервале Т = 80…150 °С связан с процессами дегидратации; 2-й пик в интервале Т = 420…500 °С связан с основными процессами десорбции и деструкции органической части отходов; 3-й пик в интервале Т = 550…620 °С может быть связан с процессами карбонизации органической составляющей отходов; 4-й пик в интервале Т = 680…720 °С может быть объяснен деструкцией высокомолекулярных соединений, разложением неорганической части отходов, например разложением карбонатов кальция и магния, сульфата алюминия и др.

В результате анализа кривых ДСК в среде аргона обнаружено смещение пиков начала деструкции образцов в сторону более высоких температур (в интервале Т = 680…720 °С) с увеличени-

ем срока захоронения отходов (693,6; 694,2; 703,4; 705,4; 710,5; 716,7 °С), что свидетельствует об увеличении высокомолекулярных стабильных соединений в образцах.

На рис. 3.16 представлены кривые ТГ в среде аргона образцов отходов разного срока захоронения.

Рис. 3.16. Кривые ТГ в среде аргона отходов разного срока захоронения

67

Результаты анализа кривых ТГ показали, что кривые изменения массы образцов в процессе нагрева имеют несколько ступеней. Первый температурный интервал (Т = 0…220 °С) характеризуется незначительным изменением массы образца (от 0,5 до 5,4 %) вследствие процесса дегидратации. При дальнейшем повышении температуры до 600 °С на кривых ТГ фиксируется выраженная ступень, происходит достаточно быстрое уменьшение массы, обусловленное процессами карбонизации органической составляющей отходов. При температуре выше 600 °С наблюдается резкое падение скорости потери массы образца.

Установлено, что для образцов отходов, отобранных на эксплуатируемых полигонах ТКО (срок захоронения до 10 лет), потеря массы протекает без ярко выраженных эндотермических пиков, что свидетельствует о превалировании процессов деструкции органических веществ.

3.4. Осадки сточных вод

Метод дериватографии был использован для исследования образцов избыточного активного ила (ИАИ) в обезвоженном и высушенном состоянии [37]. Отбор проб ИАИ проводился на станции биологической очистки сточных вод. Испытания по термической деструкции образцов проводили на дериватографе Q-1500 D на воздухе при скорости нагрева 10 °С/мин. В качестве эталонного образца использовали активный оксид алюминия. При нагреве образца регистрировали интегральную (ТГ) и дифференциальную (ДТГ) кривые потери массы в зависимости от температуры, а также дифференциальную (ДТА) кривую тепловых эффектов по сравнению с эталонным образцом.

Дериватограммы образцов, полученные при термической обработке в среде воздуха, представлены на рис. 3.17, 3.18. Основные этапы термического разложения образцов показаны в табл. 3.2.

Выделено три основных температурных интервала разложения органической части обезвоженного ИАИ. В интервале от 20 до 190 °С происходит удаление влаги и части легколетучих органиче-

68

ских веществ. Потеря массы составляет 77,8 %. Скорость разложения достигает максимумов при температурах 95 °С и 102 °С. Во втором интервале (Т = 190…440 °С) с максимумом скорости разложения при 260 °С происходит разложение органических веществ, которое начиная с Т = 440 °С переходит в горение и заканчивается при Т = 520 °С. Потеря массы на втором этапе составляет 9,5 %, на третьем – 5,4 %. На воздухе полное разложение органической части исходного образца заканчивается при Т = 520 °С. Общая потеря массы составляет 92,7 %.

Рис. 3.17. Дериватограмма образца обезвоженного ИАИ

Рис. 3.18. Дериватограмма образца ИАИ, высушенного при 105 С

69

Таблица 3.2

Термические характеристики образцов ИАИ при деструкции на воздухе

Процесс терморазложения образца высушенного ИАИ также состоит из трех основных этапов. В интервале Т =20…190 °С потеря массы образца составляет 12,5 %, что говорит о том, что происходит удаление остаточной влаги, неудаляемой при сушке, а также органических веществ. Во втором интервале (Т=190…400 °С) смаксимумом скорости разложения при Т =305 °С происходит разложение органических веществ с потерей массы 35,7 %. Горение происходит в интервале Т=380…590 °С с потерей на данном этапе 28,6 % массы. На воздухе полное разложение органической части высушенного образца заканчивается при Т=590 °С. Общая потеря массысоставляет76,8%.

3.5. Рисовая шелуха

Для исследования поведения отходов (рисовой шелухи) в условиях термической утилизации был применен синхронный термический анализ [38].

Синхронный термический анализ проводился на воздухе и в инертной атмосфере аргона. На рис. 3.19 показаны соответствующие кривые термогравиметрии и дифференциальной термогравиметрии.

Можно наблюдать три стадии разложения образца в воздушной атмосфере. Первая стадия потери массы при 80–120 °С связана с удалением физической воды. Дальнейший нагрев сухого материала не приводит к заметным изменениям до температуры 220 °С. Вторая стадия снижения массы наблюдается от 220 до

70